СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ ПАРЫ ТРЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК B23H9/00 B24B39/00 C23C28/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам повышения долговечности трущихся элементов, машин и механизмов, и может быть использовано при финишной обработке деталей при производстве или ремонте.

Уже известны способы /1/ и устройства /2/ для трибоэлектрохимической обработки деталей, которые содержат инструмент-анод, находящийся в контакте с обрабатываемой поверхностью детали с определенным давлением и перемещаемый по обрабатываемой поверхности, в зону обработки подается ионообразующая жидкость, к обрабатываемой детали и инструменту-аноду подведено напряжение: к детали - "минус", к инструмент-аноду - "плюс".

К недостаткам этих устройств, следует отнести: недостаточное увеличение ресурса обрабатываемых поверхностей, несовершенство конструкции используемых устройств, они требуют постоянного контроля процесса обработки, допускают возможность несоблюдения технологии.

В качестве прототипа выбран способ повышения износостойкости пар трения /1/, заключающийся в том, что в зону трения подают смазку с присадками и пропускают через пару электрический ток, в зону трения помещают электрически изолированные от пары вставки, выполненные из металла, соответствующего присадкам, а к рабочим поверхностям пар трения и вставкам подводят напряжение таким образом, что поверхности служат катодом, а вставки - анодом.

К недостаткам этого способа относятся: низкая эффективность процесса упрочнения и невозможность автоматизации управления процессом.

Технический результат, создаваемый изобретением, состоит в повышении износостойкости обрабатываемых деталей и создании условий, позволяющих управлять процессом обработки.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что на трибоэлектрохимическую обработку накладывают, с задержкой во времени 5...30 с, ударно-акустическую обработку с внедрением твердой смазки, а устройство реализации способа снабжено комплексом элементов, позволяющих управлять процессом.

Техническая сущность предлагаемого способа поясняется фиг.1, на которой приведена структурная схема устройства для его реализации, и циклограмма работы - фиг.2.

Устройство содержит обрабатываемую деталь 1, закрепленную в патроне привода вращения, например, токарного станка, инструмент-анод 2 для обработки детали трибоэлектрохимическим способом, имеющий непосредственный контакт с обрабатываемой деталью, и узел нажатия, обеспечивающий давление в контакте инструмент-деталь 20-40 мПа, источник тока 3 для обработки детали трибоэлектрохимическим способом, положительный вывод которого подключен к инструменту-аноду, а отрицательный - к обрабатываемой детали, насосную установку 4, для подачи смазки с присадками в зону обработки, привод вращения детали 5, привод перемещения инструмента-анода 6, виброакустическую головку, имеющую питание от укльтразвукового генератора 8 и привод 7, обеспечивающий перемещение головки относительно обрабатываемой детали, процессор управления 9, первый выход которого соединен с приводом вращения детали, второй выход - с источником тока, третий выход соединен с приводом перемещения инструмента-анода, четвертый - с насосной установкой упомянутой системы подачи смазки, пятый - с приводом виброакустической головки, шестой - с ультразвуковым генератором, а вход процессора соединен с датчиком тока, для обеспечения выполнения требуемых режимов обработки, очередности включения и выключения элементов устройства, интервалов времени работы каждого элемента устройства, определенных технологическим процессом, регулятор подачи смазки с присадками 10, датчик тока 11. Процессор 9 служит для управления элементами устройства, задает программу его работы. Циклограмма работы устройства показана на фиг. 2.

После пуска процессора 9 в работу он обеспечивает включение элементов устройства в следующей последовательности:
через 10-15 секунд, после пуска, включается привод вращения детали 5;
на 20-25 секунде включается в работу насосная установка 4, которая обеспечивает подачу смазки с присадками в зону обработки;
на 25-30 секунде включается привод перемещения инструмента-анода 6, который обеспечивает необходимое усилие давления инструмента-анода 2 к детали 1;
на 30-35 секунде включается источник тока 3, подключенный положительным выходом к инструменту-аноду 2, а отрицательным - к детали 1;
на 40-45 секунде включает ультразвуковой генератор питания 8 виброакустической головки;
на 50-60 секунде включает привод виброакустической головки 7.

Продолжительность обработки задается процессором, которая может устанавливаться в зависимости от площади обрабатываемой детали, по истечении времени обработки процессор 9 отключает источник тока 3;
отключает привод перемещения инструмента-анода 6 (отводит инструмент-анод от детали);
отключает насосную установку 4;
отключает генератор питания 8;
останавливает привод вращения детали 5.

Пример осуществления способа обработки
В исходном состоянии осесимметричная деталь, например вал, закреплена в патроне токарного станка. В качестве смазки с присадками используется химическая система из коллоидной меди и полимеризата алкиламина (размер частиц металла - менее 1 ангстрем) при концентрации 0,5...3% от массы, дисульфат молибдена (M_OS) от 1% до 20%, порошкообразный графит (С) от 5 до 15%.

При включении устройства в работу первым процессор включает в работу привод детали, линейная скорость перемещения инструмента-анода относительно детали, установленная заранее, составляет 0,1...0,4 м/с.

После включения в работу насосной установки необходимо проконтролировать количество смазки с присадками, подаваемой в зону обработки, она должна обильно смачивать обрабатываемую поверхность, при необходимости отрегулировать подачу регулятором 10.

При включении на 25-30 секунде привода перемещения инструмента-анода, обеспечивается необходимое давление инструмента-анода к отрабатываемой поверхности 20...40 МПа и поступательное перемещение вдоль отрабатываемой поверхности со скоростью 0,5...2,5 мм/оборот.

После включения на 30-35 секунде источника тока проверить плотность тока, проходящего по цепи инструмент-деталь, она должна быть 1...1,5 А/мм², при необходимости отрегулировать посредством подачи управляющего сигнала на регулятор тока, который находится в источнике тока 3. Изменение тока в ходе обработки контролируется датчиком тока 11, что позволяет стабилизировать ток во время процесса.

Время обработки, в зависимости от площади обработки, составляет 5...10 мин/1000 мм².

В качестве материала анода, в зависимости от требуемых результатов целесообразно использовать графит, меднографит, бронзу, цирконий, латунь и др.

По времени, установленному заранее, процессор включает ультразвуковой генератор УЗГ-2/4.

Включает привод виброакустической головки, который обеспечивает необходимое усилие прижатия головки и линейное перемещение вдоль поверхности детали, в качестве виброакустической головки используется технологический модуль с магнитострикционным преобразователем ПМС-15А-18, усилие поджатия Р=150 Н, амплитуда колебаний А=30 мкм, резонансная частота W_peз=17650 Гц, подача инструмента 8=0,17 мм/оборот, радиус закругления концентратора R=3 мм.

Для обработки одной поверхности детали достаточно 1...2 прохода виброакустической головки.

По истечении заданного времени обработки процессор отключает источник тока 3, привод перемещения инструмента-анода 6 (отводит инструмент-анод от детали) отключает насосную установку.

После окончания ударно-акустической обработки процессор обеспечивает отвод виброакустической головки 7, отключение генератора 8, остановку привода вращения детали 5. После снятия детали ее необходимо вымыть в моющем растворе для удаления материалов, используемых при обработке. В качестве моющего раствора возможно использование воды или керосина. Насухо вытереть, смазать тонким слоем моторного масла.

Использование предлагаемого способа и устройства позволяет повысить износостойкость деталей на 20...50%, чистоту обработанной поверхности на 1.. .3 класса, исключить возможность нарушения технологии процесса.

Взаимодополняющими особенностями предлагаемого способа является то, что микронеровности шероховатостей обрабатываемой поверхности заполняются износостойкими компонентами трибоэлектрохимической технологией, упрочняются и выглаживаются виброакустической обработкой.

Источники информации
1. А.с. 687374, МКИ G 01 N 3/56, 1979 г.

2. Патент RU 2084863 С1 от 20.07.1997 г.

Изобретение может быть использовано при финишной обработке деталей машин при производстве или ремонте, в частности при обработке трущихся элементов машин и механизмов. В зону обработки подают смазку с присадками и пропускают через пару инструмент-деталь электрический ток. С задержкой во времени 5-30 с накладывают ударно-акустическую упрочняющую обработку с внедрением в поверхность детали образующейся твердой смазки, содержащей дисульфат молибдена и графит. Устройство содержит инструмент-анод и систему подачи смазки с присадками в зону обработки. Положительный вывод источника тока подключен к инструменту-аноду, а отрицательный - к обрабатываемой детали. Привод виброакустической головки обеспечивает ее перемещение относительно обрабатываемой поверхности. Узел нажатия обеспечивает давление в контакте инструмент-деталь 20-40 мПа. Процессор обеспечивает выполнение требуемых режимов обработки, очередности включения и выключения элементов устройства, интервалов времени работы каждого элемента устройства. Изобретение позволяет повысить износостойкость обрабатываемых деталей. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ обработки поверхности детали пары трения, при котором в зону обработки подают смазку с присадками и пропускают через пару инструмент-деталь электрический ток, отличающийся тем, что на упомянутую обработку накладывают с задержкой во времени 5-30 с ударно-акустическую упрочняющую обработку с внедрением в поверхность детали образующейся твердой смазки.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве присадки используют двойную химическую систему из коллоидной меди и полимеризата алкиламина с размером частиц металла менее 1 ангстрем при концентрации 0,5-3,0% от массы смазки.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в поверхность детали внедряют твердую смазку, содержащую преимущественно дисульфат молибдена 1-20% и графит 5-15%.4. Устройство для обработки поверхности детали пары трения, содержащее инструмент-анод, систему подачи смазки с присадками в зону обработки, источник тока, положительный вывод которого подключен к инструменту-аноду, а отрицательный - к обрабатываемой детали, отличающееся тем, что оно снабжено виброакустической головкой, имеющей питание от ультразвукового генератора, и приводом, обеспечивающим перемещение головки относительно обрабатываемой поверхности, а также узлом нажатия, обеспечивающим давление в контакте инструмент-деталь 20-40 мПа, и процессором, первый выход которого соединен с приводом вращения детали, второй выход - с источником тока, третий выход соединен с приводом перемещения инструмента-анода, четвертый - с насосной установкой упомянутой системы подачи смазки, пятый - с приводом виброакустической головки, шестой - с ультразвуковым генератором, а вход процессора соединен с датчиком тока для обеспечения выполнения требуемых режимов обработки, очередности включения и выключения элементов устройства, интервалов времени работы каждого элемента устройства, определенных технологическим процессом.